电厂集控运行汽轮机技术的探析

电厂集控运行汽轮机技术的探析

王晓昕

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司内蒙古自治区呼和浩特市托克托县燕山营乡 010206

摘要：汽轮机组是电厂生产设备中对能源转化率有决定性影响的部分，基于集控运行精确控制汽轮机以及给水水泵等辅助设备的运行参数、监测关键零部件的运行状态，不仅能够确保机组的高效运行，还可以降低故障风险并提升设备的产能。但由于部分电厂设备相对陈旧等原因，汽轮机的集控系统在运行参数调节方式、响应速度以及数据采集的精确度等方面依然存在很多问题。
关键词：电厂；汽轮机；运行优化；运行问题

1汽轮机的工作原理及其结构特点
1.1汽轮机的工作原理

汽轮机根据不同的划分机制可以分成不同种类的汽轮机，从工作原理的角度实行划分的话，也可以分成两个部分，就是反动式汽轮机和冲动式汽轮机。以机构进行分类的话，可以分成多级汽轮机以及单级汽轮机。以热力特性划分的话，可以分成凝汽式汽轮机、抽汽式汽轮机、供热式汽轮机以及背压式汽轮机等。在电厂中人们经常看到的汽轮机大多数都是凝汽式汽轮机，也是使用范围最广的一种汽轮机。凝汽式汽轮机是由循环水泵、凝汽器、抽气器以及凝结水泵等部件构成，对于汽轮机的正常运行来说这些凝器设备都是辅助设备。凝汽式汽轮机的工作过程就是，排汽一旦遇到冷就会迅速凝结变成为水，这就导致其体积逐渐下降，让原本充满空气的封闭空间变成了真空空间，这就会导致气压下降，而蒸汽的理想焓降上升，设备的热效率也获得相应的上升。凝汽式汽轮机的排气压力对汽轮机的正常运行也存在非常大的影响，而影响排气压力的就是冷却水的进水温度以及冷却倍率，虽然可以取得非常高的真空度，于此同时也会导致循环水泵在运行的过程中功耗加剧以及设备资金的投入力度增加[1]。
1.2汽轮机的组织结构特点

除了根据工作原理可以把汽轮机分成冲动式汽轮机和反动式汽轮机以外，还可以根据结构把汽轮机分为单级汽轮机和多级汽轮机；根据热力特性也可以将汽轮机划分为凝汽式汽轮机、供热式汽轮机、背压式汽轮机、抽汽式汽轮机等。在实际生活中，火电厂中应用最广的就是凝汽式汽轮机。凝汽式汽轮机包括凝汽器、凝结水泵、循环水泵以及抽气器，这些凝器设备是汽轮机运行的辅助设备。在凝气设备中，排汽遇冷凝结为水，使得体积骤减，原来空气充斥的密闭空间成为真空状态，气压降低，蒸汽的理想焓降增加，装置的热效率得到相对的提升。

2电厂集控运行汽轮机运行存在的问题
        2.1汽轮机的配汽方式
        目前汽轮机的主要配汽方式是复合型配汽方式。在汽轮机工作的过程中，不同的阶段需要不同的方式来运行汽轮机。在汽轮机的启动阶段或者是低负荷阶段，只需要通过单阀的方式来使汽轮机运行，但是低负荷阶段的运作效率不高，也会造成耗能损失严重。在高负荷阶段，可以通过顺序阀的方式让汽轮机运行，它的运行效率也比较高。
        2.2汽轮机的启停
        其实转子的应变能力就是汽轮机的启停，在正常运行的阶段，转子的蒸汽参数会发生升降的幅度和变化，转子内部在一个动态的温度场内，转子也要长期在高温高压下工作，一旦参数处理不当，汽轮机的启动和停用都会出现比较大的损耗。这不仅会影响到汽轮机的工作效率，也会让汽轮机的寿命缩短。
        2.3叶片的破损
        在当前的汽机叶片的组成中，主要是有动叶片和静叶片，动叶片在实际运行过程中很容易出现问题，而静叶片出现问题的几率比较小。在实际的电厂汽机运行过程中，动叶片始终保持着很高的离心力，与此同时，进入汽轮机的蒸汽温度也基本上保持在600摄氏度左右，这就使得汽轮机的动叶片始终承受着极大的往复震动力以及蒸汽冲击力，汽轮机的动叶片长时间的处在这样的环境中，是非常容易出现破损的。如果动叶片长时间受到各种力的挤压，没有得到及时有效的保养维护，那么长此以往，动叶片就会出现破损脱落，一旦融入到设备的其他环节上，就很容易导致整个设备的损坏。
        2.4异常振动
        一般来说，汽轮机的启停过程中产生的振动较大。汽轮发电机组在启停过程中，当转速达到临界转速时，机组出现剧烈振动，而超过这一转速后振动又减小，恢复正常。引起汽轮发电机组振动的原因很多，但是，主要原因有制造水平不高、安装不够合理、检修和运行管理水平不高，而且它们之间又是相互影响的。
        2.5油系统故障
        对于汽轮机系统来说，主要包括密封油系统与润滑油系统。正因这两大系统存在，从而促使汽轮机能够持续正常的运转。而它们作为汽轮机系统的主要部分，一旦出现问题，那么就会给汽轮机造成严重的影响。比如说，汽轮机的轴瓦可能被烧毁，系统运转失灵等问题。因此，一定要高度重视油系统，一旦发现问题及时找出相应的解决措施。而油系统出现问题，主要包括以下几方面内容。第一，储油系统出现裂缝，致使油体泄漏，从而导致储油箱的油位发生偏离，油系统出现故障。第二，供油系统相衔接处发生裂缝，致使油体泄漏，油位下降。第三，油体低质量，内部含有诸多的杂质，从而致使系统内部出现堵塞问题，油体无法正常供应。

 3优化措施
        3.1改进辅助设备
        为了适应集控运行模式下的电厂生产要求，应着手改进和升级汽轮机及其辅助设备，降低运行参数的调节与控制时延并提高机组运行状态的控制精度。首先，用变速给水替代定速给水模式，在控制系统管理软件中设置水量调节参数，基于变动速度与平移泵的曲线优化汽轮机的给水控制，使其不再依赖阀门调节，从而降低低负荷运转时的机组能量损失[2]。其次，完善汽轮机组的运行状态监测系统，对其真空状态相关的参数进行全面的实时采集和监控，达到保障汽轮机运行安全并降低能耗的目的。
      3.2优化汽轮机启停的过程
        当前汽轮机的启动方式大多数是高中压缸联合配动。但是在目前电厂生产过程中，高压缸的排气温度较高，很容易产生较大的能耗损失。改善这种问题的有效方法就是降低高压缸的排气温度，可以采取降低启动过程中蒸气预定压力的方法，及时打开高缸压的排汽逆止门，加大流通量，降低温度上升的幅度。
        3.3优化叶片质量
        在解决叶片损坏上，需要定期对叶片的金属状态进行检查，对于松动的位置及时进行拧紧加固；对连接叶片的主要管道或者进气口定期进行清理，防止吸纳进杂物等影响汽轮的正常运行；在安装叶片的时候，需要严格安好操作说明进行安装，同时还需要采用相对先进的工艺和技术，这样能最大限度的提高安全质量。在解决振动问题上，对汽轮机组转子的动平衡定期进行校正，消除转子的不平衡现象，对轴承的轴瓦等也需要在安装上下功夫，严格按照标准要求来进行操作[3]。
        3.4优化汽轮机异常振动
        (1)异常振动是汽轮发电机运转中缺陷，隐患的综合反映是发生故障的信号。新安装或检修后的机组，必须经过试运行，测试各轴承振动及各轴承处轴振在合格标准以下，方可将机组投入运行。振动超标的则必须查找原因，采取措施将振动降到合格范围内，才能移交生产或投入正常运行。(2)利用传感器进行有效的保护。汽轮机振动监视和保护系统以及由其所组成的信号报警系统和保护控制系统，是保护汽轮机安全运行的重要设备。机组应装设振动保护装置，当振动超过极限值时，发出脉冲信号去驱动保护控制电路，自动关闭主汽门，实行紧急停机，并通知工作人员，以保护机组安全。随着机组容量的增大，汽轮机安全监视和保护就显得更加重要，同时对汽轮机的安全监视和保护装置动作的准确性和可靠性也提出了更高的要求。
        3.5优化油系统故障处理
        为有效解决油系统故障问题，首先，应该科学全面的分析发生故障的原因。一旦发现油系统出现故障，为了保证系统正常运作，应该第一时间开启备用系统，随后及时找出问题的原因，制定好相应的解决措施。最后，积极控制好油系统火灾。油系统发生故障致使油体泄漏，从而极有可能引发火灾，而且该火灾来势凶猛，具有极强的破坏力。而最佳的措施就是事先加强防范力度，制定相应的紧急措施，一旦发生油系统火灾应该立即中断油体的供应。
          3.6优化汽轮机组及其控制系统的运维管理
        集控运行下对汽轮机组机械传动部分以及控制系统的运维管理也有了更高要求，只有制定科学的管理制度，保障设备拥有良好的运行环境，才能降低故障率并保障自动化检测、控制装置和系统软硬件的运行稳定性。首先，应基于在线状态检测监控汽轮机组关键零部件的运行状态，通过对相关参数的分析掌握润滑、温度与压力调节以及传动等系统有无故障风险，根据需要安排保养及维护[4]。其次，鉴于集控系统中存在大量敏感电子元件，为避免其受到电磁干扰以及高温等环境因素的影响，应优化相关设备的运行环境，改造机房以及采取必要的屏蔽措施。
4结束语
        总之，在电力系统智能化背景下的电厂机组集控运行对设备自身性能、控制装置以及运行状态调节模式都有了更高要求，所以探究汽轮机及其辅助设备在构造、性能与控制方式等方面存在的缺陷并加以优化，对保障电能生产具有重要意义。
        参考文献：
        [1]陈林生, 袁光明. 电厂集控运行汽轮机运行优化措施探讨[J]. 建筑工程技术与设计, 2017.
        [2]徐留锋. 浅谈电厂集控运行汽轮机运行优化措施[J]. 建材发展导向, 2018, 016(009):378.
        [3]马闽. 关于电厂集控运行汽轮机运行优化措施分析[J]. 中国科技纵横, 2016, 000(017):144-144.
        [4]杨昌城, 林祯烜. 电厂集控运行汽轮机运行优化措施探讨[J]. 工业设计, 2016, No.116(03):129+131.